DE3329925A1

DE3329925A1 - Bohrlochdichtung

Info

Publication number: DE3329925A1
Application number: DE19833329925
Authority: DE
Inventors: James 77942 Houston Tex. Lewandowski; James P. 77429 Cypress Tex. McEver
Original assignee: Cameron Iron Works Inc 77251 Houston Tex; Cameron Iron Works Inc
Current assignee: Cameron International Corp
Priority date: 1982-08-23
Filing date: 1983-08-19
Publication date: 1984-02-23
Also published as: ATA300083A; CA1207660A; GB2126629B; NL8302901A; AT384273B; AU558362B2; GB8322015D0; NO163646B; FR2532000B1; GB2126629A; MX161140A; NO833017L; NO163646C; AU1811783A; US4496162A; DE3329925C2; JPH0373714B2; JPS5961692A; FR2532000A1

Description

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Beschreibung

■ ■ Die Erfindung betrifft eine ringförmige Bohrlochdichtung . ·

·

Bohrlochdichtungen, die hohen Druck und stark korrodierende Bohrlochfluide einschließen, indem sie den Ringraum zwischen konzentrischen inneren und äußeren Wandteilen abdichten, müssen nicht nur den Korrosionswirkungen der Bohrlochfluide sondern auch Bewegungen des Dichtungsrings während des Einführens in das Bohrloch und nach dem Einbringen und Spannen widerstehen.

Eine bekannte Bohrlochdichtung. (US-PS 4 04 3 391) wird ' dadurch gespannt, daß sie auf dem Körper, auf dem sie angeordnet ist, auf einen Bereich mit größerem Durchmesser bewegt wird. An den vier Ecken des Dichtungsrings sind vier Schraubenfedern angeordnet, die deren Herauspressen verhindern.

/'■'. ' ■

In der US-Patentanmeldung 324 125 ist eine Bohrkopf-

■ dichtung- mit einem elastischen Ring beschrieben, der einen konkaven Außenbereich mit oberen und unteren, metallenen Ringkappen aufweist, die mittels eines auf den konkaven Außenbereich des elastischen Ringes wirkenden Fluiddrucks mit ihren zugehörigen Dichtungsflächen in dichtendem Eingriff gehalten werden.

Beide oben genannten Dichtungen wurden als Ringraumdichtungen verwendet, jedoch kann die zweite Dichtungsvor-

richtung nicht im Bohrloch aktiviert werden, und die erste Dichtungsvorrichtung schützt nicht gegen korrodierende Fluiden.

Eine weitere bekannte Ringdichtung (US-PS 3 797 864) hat einen zwischen einem oberen und einem unteren Stützring angeordneten Packungsring, der durch eine axiale Belastung aktiviert wird, so daß sich der Packungsring und auf den Stützringen angeordnete Lippen radial nach außen und innen bewegen und in Eingriff mit gegenüberliegende Flächen des Ringes kommen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte Bohrlochdichtung zu schaffen.
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Ziel der Erfindung ist es auch, eine verbesserte ringförmige Bohrlochdichtung zu schaffen, die in einer kor-· rodierenden Umgebung sehr haltbar ist.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, eine ringförmige Bohrlochdichtung zu schaffen, deren Dichtungsring nicht aus seiner Dichtungsstellung bewegt wird.

Ziel der Erfindung ist es ferner, eine Bohrlochdichtung zu schaffen, bei der Dichtungsring nicht herausgepreßt· wird und die leicht zurückziehbar ist.

Diese Aufgabe wird bei einer Bohrlochdichtung mit Hilfe der in Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Mit Hilfe der Erfindung wird daher eine Dichtungsvorrichtung geschaffen, die auf einem rohrförmigen Körper angeordnet ist. Dieser kann in eine Bohrlochverkleidung abgesenkt werden, um in dieser festgesetzt und mit dieser verbunden zu werden. Der Körper weist eine der

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Innenfläche der Bohrlochverkleidung gegenüberliegende . Außenfläche auf, die eine obere Fläche mit kleinem Durchmesser und eine untere Fläche mit größerem Durchmesser sowie eine zwischenliegende geneigte Fläche hat. ' Eine Dichtungsanordnung mit einem mit metallenen Endkappen versehenen elastischen Ring umgibt in ungespanntem Zustand die obere Fläche des Körpers.' Der Körper ist mit einer Vorrichtung versehen, welche die Dichtungsanordnung nach unten auf die untere Fläche in dichtenden . Eingriff sowohl mit der unteren Fläche als auch mit der Innenfläche des Gehäuses bringt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren

näher erläutert. Es zeigen:
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Figur 1 eine Ansicht einer Bohrlochverkleidung .teilweise im Schnitt mit der im Halbschnitt dargestellten, verbeserten Dichtungsvorrichtung und mit dem Laufwerkzeug;
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Figur 2 einen'Teilschnitt der Dichtungsvorrichtung im ungespannten oder Laufzustand;

Figur 3 eine Ansicht ähnlich Figur 2, die die Dich-. tungsvorrichtung in gespanntem Zustand wieder-

• gibt;

Figur ·4 einen vergrößerten .Teilschnitt der Dichtungsanordnung im dichtenden Zustand.
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Die verbesserte Dichtungsvorrichtung 10 wird auf einem Laufwerkzeug 14 (running tool) in eine Bohrlochverkleidung 12 (well housing) eingebracht. Die Dichtungsvorrichtung 10 ist auf einem innerhalb der Bohrlochverklei-

dung 12 auf bekannte Weise gehaltenen Aufhänger 16 (hanger) abgesetzt und mit diesem verbunden. Der röhrenförmige Körper 18 der Dichtungsvorrichtung 10 greift über eine federgespannte, mit einem Gewinde versehene Elemente aufweisende Ratschenverbindung R, in die Aufhängung 16 ein, wobei seine äußere, nach unten' gerichtete Schulter 20 auf der oberen Fläche 22 des Aufhängers 16 ruht.

Der röhrenförmigen Körper 18 der Dichtungsvorrichtung 10 hat eine nach oben gerichtete, äußere Schulter 24, eine äußere Oberfläche 26, eine nach innen und oben geneigte Flache 28, eine obere Oberfläche 30, deren Durchmesser kleiner als der der äußeren Oberfläche 26 ist, einen die äußere Oberfläche 26 umgebenden und mit dieser mittels eines Scherbolzens 34 verbundenen Stützring 32, einen Dichtungsring 36 oberhalb des Stützrings 32 und eine Einspannhülse 38 oberhalb des Dichtungsrings 36. In der ungespannten oder Laufstellung gemäß Figur 2, in der der Übersicht wegen das Laufwerkzeug 14 entfernt ist, ist der Stützring 32 um die äußere Oberfläche 26 angeordnet, ragt nach oben bis zur Unterseite der geneigten Fläche 28 und liegt an dem. Dichtungsring 36 an. Die Einspannhülse 38 steht mit dem oberen Ende des Dichtungsrings 36 in' Eingriff und umgibt die obere Oberfläche 30. Ein Spaltring 40 und der Scherstift 34 halten die Einspannhülse 38, den Dichtungsring 36 und den Stützring 32 beim Einführen (running) in ihrer jeweiligen Stellung fest. Gegebenenfalls können der oder die in einem Schlitz außen . im Körper 18 gleitenden Scherstifte 34 im Stützring 32 dazu beitragen, die Teile beim Einführen in ihrer Stellung zu' halten. Die Einspannhülse 38 hat auf der Innenseite über einer ersten Rinne'42 eine zweite Rinne 46, deren Funktion später beschrieben wird.

Der Dichtungsring 36 hat einen elastischen Ring 48 mit an seinen Ober- und Unterenden wie dargestellt angeordneten und vorzugsweise befestigten Endkappen 50 und 52. Diese weisen einen Mittelbereich 54 mit jeweils nach oben bzw. unten in Richtung auf die Mitte des ela-" ■ stischen Ringes 48 weisenden Schenkeln 56 auf. Der inne-. re mittlere Bereich 58 des elastischen Rings 48 ist konvex und erstreckt sich nach innen, so daß er im • ungespannten Zustand, nahe an der oberen Oberfläche 30 liegt oder diese leicht berührt. Vorzugsweise besteht der elastische Ring 48 aus einem elastomeren Material, • beispielsweise Nitrilkautschuk, das von der B.F. Goodrich Company unter der Bezeichnung Hycar verkauft wird, und die metallenen Endkappen 50, 52 aus einem dünnen rostfreien Stahl des Typs 316.

Beim Einführen wird die Dichtungsvorrichtung 10 von Stiften 60 und 62 am. Lauf werkzeug 14 gehalten. Wenn die Dichtungsvorrichtung 10 aufsitzt, wird das Laufwerkzeug 14 gedreht, um die Ratschenverbindung R anzuziehen und dann abgesenkt, .damit der Bolzen 64 in die Einspannhül'se 38 eingreift und diese nach unten in die in . ' Figur 3 dargestellte Stellung bewegt. Die Abwärtsbewegung schert den Scherbolzen 34 ab und bewegt den. Dich-

25. tungsring 36. nach unten auf die äußere Oberfläche 26. Die Abwärtsbewegung des Dichtungsrings 36 bewegt diesen radial nach außen auf die geneigte Fläche 28 und auf die äußere Oberfläche 26 mit dem größeren Durchmesser. Die Abwärtsbewegung bewirkt eine radiale Vorspannung des Dichtungsrings 36 und bringt ihn in dichtende· Stellung zwischen die äußere Oberfläche■26 und die innere Oberfläche der Bohrlochverkleidung 12. In dieser Stellung besteht eine Dichtung von Metall auf Metall zwischen den Schenkeln 56 der Endkappen 50 und 52 mit den DLchtungsf1ächen der Bohrlochverkleidung 12 und des

Körpers 18, da der innere, mittelere Bereich 58 des elastischen Rings 48 zusammen und radial nach außen gepreßt wird, wodurch eine Kraft auf die äußeren Schenkel 56 der Endkappen 50 und 52 von innen in Richtung auf die zugehörigen Dichtungsflächen nach außen wirkt. Durch diese Kraft ist auch sichergestellt, daß die inneren Schenkel 56 ebenfalls in dichtendem Eingriff mit der äußeren Oberfläche 26 gehalten werden. Während diese Dichtungswirkung durch eine axiale Bewegung ausge-

1Ό löst wird, etwa durch eine Gewichtsbelastung', wie dargestellt, durch eine Schraubbewegung oder durch ähnliches, bewirkt sie eine radiale Vorspannung des elastin sehen Rings 48, der die Dichtungswirkung sicherstellt. Danach bedarf es keiner weiteren axialen Belastung, um die Dichtungswirkung aufrecht zu erhalten. Während dieser Spannbewegung der Einspannhülse 38 bewegt die Schräge der ersten Rinne 42 den Spaltring 40 in die Nut 44, .bis sich die Einspannhülse 38 soweit nach unten bewegt hat, daß die zweite Rinne 46 mit der Nut 44 fluchtet, und der Spaltring 40 in die zweite Rinne 46· einschnappt und die Einspannhülse 38 gegen eine Aufwärtsbewegung sichert. Dadurch wird die Dichtungsvorrichtung 10 in ihrer gespannten Stellung festgehalten. In der gespannten Stellung kann sich der elastische Dichtungsring 36 ■ axial ausdehnen, wird aber von der äußeren Oberfläche 26 und der Innenfläche der Bohrlochverkleidung 12 an. einer radialen Bewegung gehindert.

• Durch die verbesserte Dichtungswirkung wird ein haltbarer Bohrlochdichtungsring geschaffen, der in korrosionsfordernder Umgebung verwendbar und radial gespannt ist, so daß zur Aufrechterhaltung der Dichtungswirkung weder eine Belastung durch Verschraubung noch durch Schwerewirkung erforderlich ist. Bei dieser Dichtungsvorrichtung ist die Anwendung und die Bereitstellung

eines unter Drück stehenden Fluids nicht notwendig, um die Dichtungswirkung aufrecht zu erhalten. Der elastische Ring 48 kann durch den Bohrlochdruck nicht herausgepreßt werden, da er an seinen Enden von den Endkappen 50 und 52 gänzlich eingeschlossen ist, so daß eine Ringdichtung mit einer von Metall auf Metall wirkenden Dichtung geschaffen wird.. Wenn außerdem die Dichtungsvorrichtung 10 aus dem Bohrloch zurückgezogen werden muß, braucht sie nur heraufgezogen zu werden, wobei die metallenen Endkappen 50 und 52 sicherstellen, daß bei der. Aufwärtsbewegung durch das Bohrloch keine Teile der Dichtung abgerissen werden und zu einem Verklemmen der Dichtungsvorrichtung 10 führen oder in das Bohrloch fallen.

Claims

UEXKÜLL ä»«TO»LE£bWG . ***. "suropean patent attorneys PAKNTAklWALT« BESELERSTRASSE 4 D-aOOO HAMBURG 53 DR J D FRHR vor- UEXKUa DR ULRICH GRAF STOLSERG DIPL ING JÜRGEN SUCHANTKE DIPL -ING ARNULF HUBER DR ALLARD von KAMEKE DR KARL-HEINZ SCHULMEYER CAMERON IRON WORKS, INC. 13013 Northwest Freeway Houston, Texas 7704ΟΥ.St.A. (Prio.: 23. Aug. 1982 US 06/410 503 19925/HU/GL/wo) August 1983 Bohrlochdichtung Ansprüche

1. Ringförmige. Bohrlochdichtung zum Verschließen des ■ Inneren einer Bohrlochverkleidung (12), gekennzeichnet durch eine Dichtungsringanordnung (36) mit einem elastischen Ring (48) sowie Endkappen (50, 52) aus Metall und durch eine Vorrichtung zur radialen Bewegung der Bohrlochdichtung in die gespannte Stellung in der Bohrlochverkleidung (12).

2, Bohrlochdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Endkappen (50, 52) aus rostfreiem Stahl bestehen und jeweils einen Basisbe-

reich (54) mit von diesem ausgehenden, sich auf beiden Seiten des elastischen Rings (48) erstreckenden Schenkeln (56) aufweisen.

3. Bohrlochdichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der elastische Ring (48) aus einem elastomeren Material besteht und die Endkappen (50, 52) mit diesem fest verbunden sind.

4'* Bohrlochdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Aktivierung der Bohrlochdichtung einen Körper (18) mit einer oberen Außenfläche (30), mit einer einen größeren Durchmesser aufweisenden, unteren Außenfläche (26) und mit einem zwischen diesen liegen

den, geneigten Bereich (28) sowie eine Einrichtung zur Bewegung des Dichtungsrings (36) auf die untere Außenfläche (26) des Körpers (18), um diese zu aktivieren, aufweist.

5. Bohrlochdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der elastische Ring (48) eine konvexe Innenfläche (58) hat.

6. Bohrlochdichtung gemäß Anspruch 1 zum Absenken in eine Bohrlochverkleidung (12) und zum Abdichten des Inneren der Bohrlochverkleidung (12), gekennzeichnet durch eine Dichtungsspindel mit einer oberen Außenfläche (30), einer unteren Außenfläche (26) mit größerem Durchmesser als die obere Außenfläche (30) sowie mit einer dazwischen angeordneten, geneigten Fläche (28), wobei die untere Außenfläche (26) an ihrem unteren Ende in einer nach oben gerichteten Schulter (24) endet durch einen die untere Außenfläche (26) der Dichtungs-

spindel umgebenden und oberhalb der Schulter (24) lösbar an dieser befestigten Stützring (32), wobei der Dichtungsring (36) sowie die obere und untere metallene Endkappen (50, 52) die obere Außenfläche (30) der Dichtungsspindel umgeben und am Stützring

(32) anstoßen, durch eine die obere Außenfläche (30) der Dichtungsspindel umgebende, an den Stützring (32) anstoßende Einspannhülse (38) und durch ■ eine' Vorrichtung zur Bewegung der Einspannhülse

ΊΟ¹ (38) auf der Diehtungsspindel nach unten, um den

Stützring (32) loszulösen und um den Dichtungsring (36) auf die untere Außenfläche (26) und in dichtenden Eingriff mit der unteren Außenfläche (26) und der Innenseite der Bohrlochverkleidung . (12), in der die Bohrlochdichtung angeordnet ist, zu drücken.

1, Bohrlöchdichtung, gekennzeichnet durch ein äußeres, rohrförmiges Element (12), durch ein inneres rohrförmiges Element (10) mit ·einem einen ersten

Außendurchmesser aufweisenden Bereich (30), mit einem einen größeren zweiten Außendurchmesser aufweisenden Bereich (26) und mit einem zwischenliegenden, größer werdenden, geneigten Bereich (28), durch einen den zweiten Außendurchmesser aufweisenden Bereich (26) umgebenden und auf diesem verschiebbar angeordneten Stützring (.32), durch eine einen elastischen Ring (48) und an dessen Ober- und Unterseite angeordnete metallene Endkappen (50, 52) aufweisende Dichtungsringanordnung (36), der das innere Element (10) im den ersten Außendurchmesser aufweisenden Bereich (30) nahe dem geneigten Bereich (28) umgibt, durch eine den ersten Außendurchmesser aufweisenden Bereich (30) verschiebbar umgebende, mit dem Dichtungsring (36) in

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Eingriff stehende Einspannhülse (38) und' durch eine Vorrichtung zur Bewegung der Einspannhülse (38) auf dem inneren Element (10), wodurch der Dichtungsring (36) über den geneigten Bereich (28) auf den den zweiten Außendurchmesser aufweisenden Bereich (26) geschoben und in dichtenden Eingriff zwischen dem äußeren Element (12) und dem inneren Element (10) gebracht wird.